JWST може пропустити воду, приховану глибоко в світах міні-Нептунів

Екзопланети суб-Нептуни, які є дещо меншими за Нептун, визнані найбільш поширеним типом планет у Чумацькому Шляху, з загальною кількістю відкриттів, що перевищує 3,300 з більш ніж 6,300 підтверджених екзопланет. Незважаючи на ці вражаючі цифри, характеристики суб-Нептунів залишаються відносно невідомими. Це зумовлено тим, що в нашій сонячній системі немає аналогів суб-Нептунів, а їхні атмосфери є щільними та туманними, що ускладнює телескопічні спостереження, навіть з використанням потужних інструментів, таких як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST).

Команда дослідників зі Сполучених Штатів та Канади, очолювана Університетом Чикаго (UChicago), може бути на крок ближче до кращого розуміння складу суб-Нептунів, про що йдеться в недавньому дослідженні, опублікованому в журналі The Astrophysical Journal. Для цього дослідження команда використовувала серію комп'ютерних моделей для моделювання атмосферного та внутрішнього складу TOI-270 d, суб-Нептуна, відкритого у 2019 році, що знаходиться приблизно за 73 світлових роки від Землі. Його радіус та маса приблизно вдвічі і в 4.2 рази більші за земні, відповідно, а обертання навколо свого червоного карлика триває близько 11.4 днів. TOI-270 d та його сестринські планети TOI-270 b і TOI-270 c обертаються в межах життєздатної зони свого зірки.

JWST раніше виявив наявність діоксиду вуглецю, метану та водню в атмосфері TOI-270 d, що вказує на можливу присутність води. Однак точний стан води залишається невідомим, що означає, що вчені не можуть визначити, чи є вода в твердому, рідкому чи газоподібному стані, а також умови, які дозволяють воді та водню змішуватися або розділятися.

У дослідженні вчені виявили, що комбінація температури та співвідношення води до водню впливають на змішування та розділення цих двох елементів. Зокрема, TOI-270 d має більшу кількість води, ніж водню, а його температура в 537 градусів Цельсія (1,000 градусів Фаренгейта) може призвести до того, що вода опуститься під атмосферу водню, що захистить нижчі шари води від спостережень, навіть з JWST. Це означає, що суб-Нептуни можуть мати більше води, ніж вчені раніше оцінювали, що суперечить давнім гіпотезам про те, що суб-Нептуни мають добре змішані внутрішні структури, а не розділені, як пропонує це дослідження.

"Цілком ймовірно, що ці планети приховують набагато більше води, ніж їхні атмосфери вказують", - зазначила докторка Кароліна Піолет-Горайєб, постдокторська дослідниця в UChicago та провідна авторка дослідження. "Це цікаве питання, адже вода є надзвичайно важливою для життя, як ми його знаємо, а також сигналізує про те, що нам потрібно більш тонко інтерпретувати дані, які надходять з нових потужних телескопів, щоб дійсно зрозуміти, що відбувається".

Серед "нових потужних телескопів", на які могла натякнути докторка Піолет-Горайєб, можна згадати кілька запланованих телескопів NASA, Європейського космічного агентства (ESA) та Європейської південної обсерваторії (ESO). Найбільш помітним є космічний телескоп Ненсі Грейс Роман, який має запуститися 30 серпня 2026 року, основною місією якого буде безпосереднє зображення екзопланет за допомогою коронографа. Прикладом наземного телескопа, який може сприяти науці про атмосферу екзопланет, є надзвичайно великий телескоп ESO (ELT), який наразі активно будується та планується розпочати наукові операції приблизно в грудні 2030 року.

Які нові уявлення про суб-Нептуни та їхні глибокі, водянисті атмосфери отримають дослідники в найближчі роки та десятиліття? Лише час покаже, і саме тому ми займаємося наукою!

Як завжди, продовжуйте займатися наукою та дивіться вгору!